Vorhersage der Gießprozesse 08.06.2015, 10:20 Uhr

Simulation ermöglicht präzisere Herstellung von Keramikfolien

Keramikfolien präziser und kostengünstiger herstellen: Das ist das Ziel eines neuen Simulationsverfahrens des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik. Es soll komplexe Prozesse während des Gießens der Folien vorhersagbar machen.  

Baden-württembergische Staatsbrauerei Rothaus: In vielen Brauereien kommen Keramikfolien als Wasserfilter zum Einsatz.

Baden-württembergische Staatsbrauerei Rothaus: In vielen Brauereien kommen Keramikfolien als Wasserfilter zum Einsatz.

Foto: Patrick Seeger/dpa

Autos, Flugzeuge, Druckmaschinen, Biogas- und Kläranlagen, Wasserfilter in Brauereien – die Liste der Einsatzgebiete von Keramikfolien ließe sich noch weit verlängern. Weil Keramik bekanntermaßen hohe Temperaturen aushält, beliebig formbar ist und als poröses Material auch unerwünschte Bestandteile lösen kann, sind der Anwendung kaum Grenzen gesetzt.

Die Eigenschaften der Keramikfolien ergeben sich während des Gießens – ein Spiel mit vielen Unbekannten, das sich bislang nicht exakt steuern lässt. Um grobe Erfahrungswerte durch präzise Erkenntnisse zu ersetzen, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg deshalb ein Simulationsverfahren entwickelt.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)-Firmenlogo
Bauingenieur/in (m/w/d) Fachrichtung Tiefbau / Straßenbau Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)
Wetter (Ruhr) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Brandschutzbeauftragte*r mit Zusatzfunktionen Tram (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Planungsingenieur (w/m/d) Streckenplanung Die Autobahn GmbH des Bundes
Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Wärmepumpensysteme und Regelungen Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.
Großraum Hamburg Zum Job 
Landeshauptstadt München-Firmenlogo
Verkehrsingenieur*innen für die Verkehrswende (w/m/d) Landeshauptstadt München
München Zum Job 
Framatome-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für nukleare Entsorgung Framatome
Karlstein am Main, Erlangen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Verfahrenstechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Technische Universität Graz-Firmenlogo
Universitätsprofessur für Nachhaltige Antriebssysteme und angewandte Thermodynamik (m/w/d) Technische Universität Graz
Graz (Österreich) Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Lübeck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
(Umwelt-)Ingenieur (w/m/d) für Boden, Abfall, Altlasten und Georisiken Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Fuest Familienstiftung-Firmenlogo
Bauzeichner, Bautechniker oder Innenarchitekt (m/w/d) Fuest Familienstiftung
Timm Technology GmbH-Firmenlogo
Sales Manager / Vertriebsingenieur (m/w/d) Timm Technology GmbH
Reinbek Zum Job 
Caljan GmbH-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Konstrukteur Sondermaschinenbau (m/w/d) Caljan GmbH
Halle (Westfalen) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* Produktmanagement für Navigationsdienste DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Langen (Hessen) Zum Job 
VAHLE-Firmenlogo
Ingenieur Automatisierungs- und Steuerungstechnik (m/w/d) VAHLE
Kamen, Großraum Dortmund Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentingenieur (m/w/d) der Fachrichtung Physik und/oder Elektrotechnik mit der Möglichkeit zur Ausbildung zum "European Patent Attorney (m/w/d/)" Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Flugsicherungsingenieur (w/m/d) DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Europäischer Patentanwalt (m/w/d) der Fachrichtung Physik, Informatik, Elektrotechnik oder Nachrichtentechnik Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 

Am Computer imitieren die Wissenschaftler den Gießprozess der Folien. „Mit unserer Software können wir den Foliengießprozess auf verschiedenen Größenskalen betrachten und genau untersuchen, wie sich die einzelnen Parameter auf die Eigenschaften der Folie auswirken“, erklärt Pit Polfer, Wissenschaftler am IWM.

Schlicker kann im toten Winkel des Gießkastens hängenbleiben

Die Folien werden aus einem Keramikpulver hergestellt, das mit Lösungsmitteln und Zusatzstoffen vermischt wird. Daraus entsteht ein fließfähiger Schlicker, der in Gießkästen gefüllt wird. Daraus fließt das Material durch einen Spalt, dessen Größe die Dicke der Folien bestimmt, auf ein Förderband. Anschließend wird die Folie getrocknet. Ein im Prinzip einfaches Verfahren, bei dem sich die Hersteller bislang aber nur an die gewünschten Eigenschaften der Folien herantasten können, sagen die IWM-Forscher.

Makroskopische Simulation (unten): Stromlinien während des Gießprozesses, bei dem der Keramikschlicker rechts eingefüllt wird und links unten als Folie den Gießkasten verlässt. Mikroskopische Simulation (oben): Ausrichtung der Keramikpartikel an zwei Stellen im Prozess.

Makroskopische Simulation (unten): Stromlinien während des Gießprozesses, bei dem der Keramikschlicker rechts eingefüllt wird und links unten als Folie den Gießkasten verlässt. Mikroskopische Simulation (oben): Ausrichtung der Keramikpartikel an zwei Stellen im Prozess.

Quelle: Fraunhofer IWM

Ihre Simulation, die präzise Einstellungen der Maschinen ermöglichen soll, funktioniert in zwei Schritten: Zunächst berechnet sie, wie sich der Schlicker makroskopisch im Gießkasten verhält. Bleibt er irgendwo in toten Winkeln hängen, wo das Material altert und die Qualität des Produktes mindert, wenn es dann doch in die Folie gerät? Die Produzenten sollen dank der Analyse die optimale Geometrie für ihre Gießkästen entwickeln können.

Mikroskopische Analyse der Keramikteilchen

Zweiter Schritt ist die mikroskopische Analyse. Wie sind die einzelnen, unterschiedlich großen und unterschiedlich geformten Keramikteilchen angeordnet? Wie beeinflussen sie sich gegenseitig? Um den Aufwand für diese Untersuchung zu begrenzen, werden nur einzelne Flüssigkeitstropfen auf diese Weise analysiert. „Aus diesen Berechnungen können wir dann auf das Verhalten des gesamten Keramikschlickers rückschließen“, sagt Polfer. So sei es möglich, die Ausrichtung der Partikel oder Größengradienten in der Folie einzustellen, um etwa Spezialanwendungen gezielter herstellen zu können.

Für die Hersteller soll das Verfahren einen deutlichen Gewinn bringen. Sie könnten die Prozessführung optimieren, den nicht verwertbaren Ausschuss verringern und die Qualität des Produkts verbessern – letztlich also auch massiv Kosten sparen.

 

Ein Beitrag von:

  • Werner Grosch

    Werner Grosch ist Journalist und schreibt vor allem über Technik. Seine Fachgebiete sind unter anderem Elektromobilität, Energie, Robotik und Raumfahrt.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.